[發明專利]一種基于有限元的發動機蓋開閉耐久疲勞分析方法

在審

• 申請號: 202011018551.2
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112241568A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 杜海龍;原誠寅;辛雨
• 申請（專利權）人: 北京新能源汽車技術創新中心有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06T17/20
• 代理公司: 北京一品慧誠知識產權代理有限公司 11762
• 代理人: 鄧樹山

本發明涉及汽車工業技術領域，具體涉及一種基于有限元的發動機蓋開閉耐久疲勞分析方法，將發動機蓋、發動機蓋相關附件以及與發動機蓋配合的白車身數據導入軟件內建立模型；獲取發動機蓋開閉過程中的產生的時域應力結果；將時域應力結果導入軟件內模型循環模擬發動機蓋開閉過程達到模擬預設次數并獲得各個損傷值；將各個損傷值與對應的標準值進行比較，當各個損傷值均小于標準值，則設計滿足要求，否則，不滿足；本發明無需進行大量對標試驗，只需要提供相關材料基本參數即可仿真分析，仿真結果精度更高，可以更好的指導修改設計方案；且發動機蓋焊點結構可以進行疲勞分析，單獨計算出發動機蓋焊點在開閉耐久試驗中的損傷值。

技術領域

本發明涉及汽車工業技術領域，具體涉及一種基于有限元的發動機蓋開閉耐久疲勞分析方法。

背景技術

汽車發動機蓋是整車重要的子系統，耐久性是其最基本的性能指標。如果發動機蓋結構剛度不夠或者緩沖塊位置設計不合理，發動機蓋會在耐久試驗過程發生開裂現象。發動機蓋的開閉耐久試驗是整車廠驗證其耐久性能的必要試驗，不同主機廠要求其開閉試驗次數至少在3000-10000次，試驗過程包括樣車準備，臺架搭建，正式試驗，問題檢測等，至少花費一周以上時間。如果試驗發生鈑金或焊點開裂現象，設計人員修改設計方案后，需重新制作樣件再次進行試驗驗證，并且每設計出一種發動機蓋都要通過試驗來驗證疲勞強度是否滿足要求，如此反復耗費大量時間與樣件制作，試驗費用，影響開發周期。

目前主流整車研發企業，在真實樣車完成試制之前，對車發動機蓋的開閉耐久性能虛擬開發，有采用慣性釋放法與多體動力學法。

慣性釋放法基于外部載荷與慣性力之間存在近似平衡的假設，獲取關閉時產生的鎖扣力，預測發動機蓋開閉件疲勞壽命的一種方法。汽車發動機蓋關閉過程開始為機蓋在一定轉矩下的剛體轉動，所以分析的第一步也是先給發動機蓋旋轉體施加一個單位轉矩，通過慣性釋放計算輸出相應轉矩下PUNCH文件格式的發動機蓋旋轉體GPFORCE數據。以慣性釋放計算出GPFORCE數據，將其作為載荷約束發動機蓋鉸鏈和鎖扣位置，通過線性靜態分析計算鎖扣位置的約束反力。根據輸出鎖扣位置的約束反力，以及鎖扣測量與預估值，乘以一定的放大因數，重新計算輸出所關注零件的vonMises應力。將綜合鈑金件與焊點的應力結果導入ncode疲勞軟件進行疲勞壽命評估。

用多體動力學法評估發動機蓋的結構耐久性能，相對比較簡單而且迭代快速。按圖1所示流程及機蓋的有限元模型，可快速預測其疲勞壽命。多體模型中，發動機蓋的鎖機械機構簡化成剛體單元，緩沖塊則用具備非線性剛度特性的彈簧單元模擬，關鍵鈑金結構則定義成柔性體，獲取關鍵接觸部位的載荷，最終根據應力應變及變形效果預測關閉件的疲勞壽命。

慣性釋放法的優點是模型簡單，不含復雜的白車身；計算利用線性分析，響應和迭代快速。難點是需要依靠大量歷史數據及工程師開發經驗的支撐，而且無法考慮關閉過程中的動態效應及材料、接觸等非線性因素，無法計算車身側結構的損傷，仿真精度差無法與試驗對標。

多體動力學法評估發動機蓋的開閉耐久性能，把車身部分看作是剛體，而把機蓋定義為柔性體。利用多體動力學分析獲取關鍵部位的載荷，可得到相應的應力應變性能，從而評估其耐久性能。然而這種方法考慮鎖機構、密封條及緩沖塊加載-變形的非線性特性，需要大量的前期試驗數據的支撐和對標，同時忽略了車身變形的因素，對分析結果又一定影響。且通常無法單獨分析焊點的損傷值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種克服背景技術的不足，實現快速、有效的評價其鈑金與焊點的疲勞壽命，使其設計周期更短，設計成本更低，疲勞壽命預測更加精確的基于有限元的汽車發動機蓋開閉耐久疲勞分析方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于有限元的發動機蓋開閉耐久疲勞分析方法，包括

將發動機蓋、發動機蓋相關附件以及與發動機蓋配合的白車身數據導入軟件內建立模型；